Hvert år dør nesten fire millioner europeere av hjerte-kar-sykdommer, og forskerne har derfor ekstremt dårlig tid med å finne fram til nye behandlinger som kan redusere tallet.
Den jobben kan bli lettere i framtiden. Et team amerikanske forskere fra Boston University har nemlig utviklet en mini-modell av et hjertekammer produsert av en kombinasjon av stamceller fra et menneskehjerte og 3D-printede komponenter i plast.
MiniPUMP, som oppfinnelsen er døpt, er på størrelse med et frimerke og pumper helt for egen maskin – som et virkelig hjerte.
Det nye mini-hjertet gir forskerne et detaljert og presist innblikk i hvordan menneskehjertet fungerer slik at de kan undersøke hvordan sykdom påvirker organet og teste virkningen av nye behandlinger uten å måtte utføre forsøk på levende mennesker.
Hjertevevet får det kunstige hjertet til å trekke seg sammen i pulserende bevegelser. Forskerne kan bruke oppfinnelsen til å teste virkninger og eventuelle bivirkninger av medisiner.
Mini-hjerte er nedsenket i væske
Den bærende strukturen i miniPUMP minner mest av alt om et sirkelformet stillas eller gitterverk bygget opp av bitte små, 3D-printede plaststenger med fjæring.
I bruk kan hjertekammeret trekke seg sammen og utvide seg akkurat som i det virkelige livet. Den fjærende plaststrukturen er dekket med hjertevev framstilt av stamceller fra mennesker.
Mini-hjertet er hele tiden nedsenket i en væske som inneholder glukose og næringsstoffer. Væsken forsyner stamcellene med næring til å danne den energien de trenger for å trekke seg sammen.
Cellenes jobb får hele hjertekammeret til å presse seg sammen slik at den næringsrike væsken som også fyller hjertekammerets hulrom, blir presset ut gjennom det som svarer til hjerteklaffer i et menneskehjerte. I det øyeblikket cellene slapper av, blir hulrommet igjen fylt opp med væsken.
Plast-skjelettet fra miniPUMP er dekket med hjertevev produsert av stamceller fra mennesker. Cellene danner selv energi til sammentrekningene sine.
Forsøk avslører bivirkninger
Så lenge cellene har adgang til den næringsrike væsken, pumper hjertekammeret kontinuerlig slik at væsken beveger seg inn og ut av kammeret.
«Det fungerer akkurat som et normalt hjertekammer, og det krever ingen ekstern energitilførsel. MiniPUMP opererer helt på egen hånd og gir oss mulighet for å undersøke hvordan et menneskehjerte reagerer på ulike input. Vi kan utføre disse forsøkene uten levende mennesker, noe som er en enorm fordel», forklarer Alice White, som er professor og leder ved Boston University College of Engineering og leder av miniPUMP-prosjektet.
Oppfinnelsen er ikke så mye større enn et frimerke, men har uvurderlig betydning siden oppfinnelsen kan vise veien til nye hjertebehandlinger.
«For eksempel kan vi tilføre legemidler til miniPUMP og observere hvordan det påvirker hjertekammeret. Dermed kan vi lett få svar på hvilke stoffer som forbedrer eller forverrer hjertefunksjonen, og om de ulike stoffene har bivirkninger», sier hun.
Mulighetene for å teste ulike behandlinger begrenser seg ikke til medisin. For eksempel er det også mulig å tilføre usunne celler til det kunstige hjertekammeret. Det kan være celler med genetiske mutasjoner som i det virkelige livet er kjent for å øke risikoen for hjerte-kar-sykdommer.